Khảo sát tổng hợp chất nền ứng dụng tổng hợp thuốc trị động kinh Gabapentin

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Gabapentin là một trong các loại thuốc động kinh thế hệ mới được sử dụng phổ biến trong điều trị động kinh hiện nay. Trên cơ sở các quy trình đã tổng hợp gabapentin trên thế giới, đã tiến hành khảo sát các phản ứng đầu tiên trong quy trình tổng hợp gabapentin.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khảo sát tổng hợp chất nền ứng dụng tổng hợp thuốc trị động kinh Gabapentin

Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học KHẢO SÁT TỔNG HỢP CHẤT NỀN ỨNG DỤNG TỔNG HỢP THUỐC TRỊ ĐỘNG KINH GABAPENTIN Nguyễn Ngọc Thanh Luân* Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh * Tác giả liên hệ: nnthanhluan@gmail.com TÓM TẮT Gabapentin là một trong các loại thuốc động kinh thế hệ mới được sử dụng phổ biến trong điều trị động kinh hiện nay. Trên cơ sở các quy trình đã tổng hợp gabapentin trên thế giới, đã tiến hành khảo sát các phản ứng đầu tiên trong quy trình tổng hợp gabapentin. Kết quả cho hai phản ứng có hiệu suất cao và điều kiện thực tế phù hợp để áp dụng tại Việt Nam là phản ứng với acetonitrile để tạo thành 2-cyclohexylidene acetonitrile và phản ứng với ethyl cyanoacetate để tạo thành ethyl 2-cyano-2-cyclohexylideneacetate. Từ đó có thể áp dụng để tiếp tục các phản ứng tiếp theo trong quy trình điều chế gabapentin. Từ khóa: Cyclohexanone, gabapentin, thuốc trị động kinh, tổng hợp, acetonitrile, ethyl cyanoacetate. SURVEY REACTION SUBTRATE APPLIED FOR SYNTHESIS ANTIEPILEPTIC DRUG GABAPENTIN Nguyen Ngoc Thanh Luan* University of Science – VNU Ho Chi Minh City * Corresponding Author: nnthanhluan@gmail.com ABSTRACT Gabapentin is one of the newer generics used in the treatment of epilepsy. Based on the globally accepted Gabapentin processes, the first reactions in the gabapentin synthesis process was conducted. The results for the two highly efficient and practical conditions suitable for use in Vietnam were reacted with acetonitrile to form 2-cyclohexylidene acetonitrile and reacted with ethyl cyanoacetate to form ethyl 2-cyano-2 - cyclohexylideneacetate. Thus, it can be used to continue the subsequent reactions in the gabapentin preparation process. Keywords: Cyclohexanone, gabapentin, antiepileptic drug, synthesis, acetonitrile, ethyl cyanoacetate. TỔNG QUAN nhận bởi bất kỳ điều kiện nào sau đây: Động kinh là một bệnh mãn tính chiếm tỷ lệ + Có ít nhất hai cơn động kinh không kiểm khoảng 0,5 – 2% dân số, trong đó có hơn soát (hoặc phản xạ) xuất hiện cách nhau 60% bệnh nhân là trẻ em. Tuy nhiên số bệnh trong hơn 24 giờ. nhân được chữa trị chỉ khỏang 50% bệnh + Có một cơn động kinh không kiểm soát nhân. Tỷ lệ tử vong do trạng thái động kinh (hoặc phản xạ) và xác xuất các cơn động từ 40% bệnh nhân, do tai nạn gây ra bởi các kinh tượng tự tại phát (ít nhất 60%) sau hai cơn động kinh là 0,5%. cơn động kinh không kiểm soát xảy ra trong Theo Liên đoàn chống động kinh thế giới mười năm tới. ILAE, cơn động kinh (epileptic seizure) là sự + Được chẩn đoán hội chứng động kinh. xuất hiện của các triệu chứng do sự hoạt Bệnh động kinh có thể điều trị với nhiều động quá mức, đồng bộ của một nhóm các tế phương pháp như: điều trị bằng chế độ tiết báo thần kinh (neuron) ở não bộ.(Fisher et thực, sinh hoạt lao, điều trị bằng phẫu thuật al., 2014). hay điều trị bằng thuốc (hóa liệu pháp). Năm 2014, Liên đoàn chống động kinh thế Trong đó hóa liệu pháp thường được sử dụng giới ILAE đã thay đổi định nghĩa bệnh động hơn cả với các loại thuốc như phenobarbital, kinh để phù hợp với tình hình thực tế. Bệnh phenytoin, carbamazepine, acid valproic, động kinh (epilepsy) là bệnh về não được xác gabapentine, lamotrigine, felbamate, 35
Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học vigabatrine, oxcarbazepine, tiagabine, (0,21 ml, 2,04 mmol) và acetonitrile (471 zonisamide, topiramate. Trong đó gabapentin mg, 11,48 mmol) được cho vào bình cầu thường được sử dụng trong điều trị các cơn bằng kim tiêm hóa chất. Tiếp tục đun hoàn co giật ngắn, co cứng với các ưu điểm như ít lưu trong vào 7h. Sau phản ứng 10 ml nước tác dụng phụ, ít tương tác với các thuốc khác, được cho vào bình cầu để pha loãng hỗn hợp ít gây độc với cơ thể. (Storm-Mathisen et al., sau phản ứng. Tiếp theo cho vào 5 ml dung 1974). dịch HCl 1N để trung hòa lượng KOH còn dư sau phản ứng. Thực hiện chiết lỏng-lỏng bằng ethyl acetate 3 lần, mỗi lần 15 ml. Pha hữu cơ sau chiết được làm khan bằng Na2SO4 sau đó cô quay dưới áp suất kém để loại bỏ dung môi. Tiến hành sắc ký cột với hệ dung môi n-hexane: ethyl acetate để thu được 2 sản phẩm là LU01 và LU02. LU01 IR (KBr): 3352, 2933, 2861, 23000, 1668 cm–1 H-NMR (CDCl3): δ =1,50-1,74 ppm (m, 10H); 1,97 ppm (brs, 1H), 2,50 (s, 2H). Nhiều nhà khoa học trên thế giới như LU02 Satzinger, Griffiths, Hartenstein, Bryans (Li H-NMR (CDCl3): δ =1,50-1,74 ppm (m, and Johnson, 2006) đã nghiên cứu các quy 26H); 2,53 ppm (s, 1H), 5,01 (s, 1H) 5,61 (s, trình tổng hợp nên thuốc trị động kinh 2H). gabapentin với nhiều phản ứng khác nhau. Hướng 2 Tuy nhiên ở Việt Nam chưa có các công bố Giai đoạn 1: Điều chế ethyl 2-cyano-2- khoa học cũng như các nghiên cứu về thuốc cyclohexylideneacetate. trị động kinh này. Vì thế việc khảo sát các Cyclohexanone (200 mg, 2,04 mmol), ethyl phản ứng đầu tiên trong quy trình tổng hợp cyanoacetate (226 mg, 2,00 mmol), Gabapentin là bước cần thiết để có quy trình piperidine (30 mg, 0,35 mmol), toluene (3 tổng hợp gabapentin phù hợp với điều kiện ml), acid acetic (30 mg, 0,5 mmol) được thực tế ở Việt Nam. Vì vậy chúng tôi đề nghị thêm vào bình cầu. Bình cầu được gắn ống khảo sát các phản ứng như sơ đồ sau đây: hoàn lưu và đun hoàn lưu trong 8h với nhiệt độ sôi của toluene (110oC). Sau phản ứng 10 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ml nước được cho vào bình cầu, sau đó hỗn Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu hợp trong bình cầu được chiết lỏng-lỏng với Máy cô quay chân không EYELA, bếp đun ethyl acetate bằng phễu chiết lỏng-lỏng. Việc khuấy từ. Phổ 1H-NMR và 13C-NMR ghi chiết lỏng-lỏng được thực hiện 3 lần, mỗi lần trên máy cộng hưởng từ hạt nhân BRUKER với 15 ml ethyl acetate. Pha hữu cơ được gộp ở tần số 500 MHz cho 1H- NMR và 125 lại và làm khan với Na2SO4, sau đó cô quay MHz cho 13C-NMR. GC-MS được thực hiện dưới áp suất kém để loại bỏ dung môi. Thu trên máy sắc ký khí đầu dò khối phổ được hỗn hợp dạng dầu màu vàng. Thực hiện AGILENT với việc tiêm mẫu tự động. Phổ sắc ký cột với hệ dung môi n-hexane–ethyl hồng ngoại được thực hiện trên máy BUKER acetate để thu được sản phẩm LU03 dạng dầu và máy JASCO FT-IR 6.600 với nền mẫu là màu vàng nhạt. KBr. IR (KBr): 3452, 2938, 2862, 2200, 1.728, Phương pháp nghiên cứu 1.604 cm–1 Hướng 1: điều chế 2- H-NMR (CDCl3): δ= 1,65 (quin, J= 6,2 Hz, cyclohexylidieneacetonitrile 2H); 1,72 (quin, J= 6,2 Hz, 2H); 1,79 (quin, Potassium hydroxide (127 mg, 2,04 mmol) J= 6,2 Hz, 2H); 2,65 (t, J= 6,2 Hz, 2H); 2,96 và 2 ml n-hexane được cho vào bình cầu 2 (t, J= 6,2 Hz, 2H). cổ. Đun hoàn lưu đến nhiệt độ 60oC trong Giai đoạn 2 thủy phân và decarboxyl vòng 15 phút. Sau đó hỗn hợp cyclohexanone Cân 200 mg ethyl 2-cyano-2- 36
Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học cyclohexylideneacetate vào bình cầu, sau đó tolune) base (KOH, NaOH, t-BuOK, NaH) tiếp tục cho 3ml H2SO4 60% vào và đun hoàn thu được điều kiện tối ưu của phản ứng này lưu trong 8h. Màu của phản ứng chuyển sang là sử dụng dung môi acetonitrile và base là cam và nâu dần. Hỗn hợp sau phản ứng được KOH đun hoàn lưu trong thời gian 7h. pha loãng với H2O và chiết lỏng-lỏng với ethyl acetate. Thực hiện chiết 3 lần, mỗi lần H=(44%) 15 ml và gộp dịch trích làm khan với Na2SO4. Sau đó tiến hành cô quay áp suất kém để thu được hỗn hợp sản phẩm. Tiến Hướng 2 hành sắc ký cột với hệ dung môi để thu được Giai đoạn 1: Điều chế ethyl 2-cyano-2- sản phẩm. Sản phẩm thu được có dạng chất cyclohexylideneacetate. rắn vàng nhạt LU04. Sản phẩm của phản ứng này được xác định H-NMR (CDCl3): δ =1,55-1,73 ppm (m, 6H); cấu trúc bằng phương pháp phổ NMR cho 2,52 ppm (s, 2H), 2, 87 (s, 2H). xác nhận đúng với công thức dự đoán. Phản C-NMR(CDCl3): δ =25,8; 27,9; 28,3; 31,3; ứng này cho hiệu suất khả quan trên 50% ở 36,4; 106,2, 118,0; 174,1; 174,2 ppm. điều kiện ban đầu phù hợp để tiếp tục khảo LC/MS tR=0,2min, [M+H]+=164,0661 sát các điều kiện. Ngoài ra nghiên cứu còn tiến hành khảo sát Khảo sát tỷ lệ giữa tác chất và chất nền các phản ứng như: điều chế ethyl 2-(1- Cố định tỷ lệ của base, acid acetic, dung môi, hydroxycyclohexyl)acetate thông qua phản thời gian phản ứng là 8h và thay đổi tỷ lệ ứng với ethyl acetate hay phản ứng với ethyl giữa chất nền và tác chất. Với việc khảo sát chloroacetate với xúc tác Zn; điều chế diethyl tỷ lệ giữa chất nền và tác chất, chúng tôi 2-cyclohexylidenemalonate và điều chế 2- nhận thấy rằng khi tỷ lệ tác chất tăng dần thì cyclohexylidenemalonic acid hiệu suất của tăng theo tỷ lệ thuận (Phản ứng 14, 15, 16, 17, 18). Do khi tăng tác chất, tỷ lệ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN tương tác của chất nền và tác chất tăng nên Hướng 1: điều chế 2- hiệu suất của phản ứng cũng tăng. Tuy nhiên cyclohexylidieneacetonitrile khi tăng đến tỷ lệ 1,0:1,5 đã đạt điều kiện tối Kết quả của phản ứng này cho sản phẩm ưu nên việc tăng không làm tăng hiệu suất chính với hiệu suất tương đối (44%) sản phản ứng nên sử dụng tỷ lệ 1,0:1,5 để tiếp tục phẩm khó cô lập do có nhiều tạp chất đi. khảo sát các điều kiện còn lại. Thực hiện sắc ký khi để xác định hàm lượng Khảo sát thời gian phản ứng sản phẩm cho thấy trên phổ đồ GC-MS của Trước tiên khảo sát ở thời gian tối đa của LUU01 cho thấy hàm lượng của sản phẩm phản ứng là 8h. Thời gian này cho hiệu suất lên đến 44% trên tổng khối lượng, ứng với tương đối cao là 69%. Sau đó chúng tôi giảm hiệu suất của phản ứng này lên tới 49%. Đây thời gian thực hiện phản ứng xuống còn 5h là hỗn hợp 2 đồng phân 2- và hiệu suất phản ứng vẫn giữ ở 69%. Sau đó cyclohexylideneacetonitrile và 2-(cyclohex- thời gian phản ứng được giảm còn 2h và hiệu 1-en-1-yl)acetonitrile. Tuy nhiên việc cô lập suất của phản ứng chỉ giảm còn 50%. Do đó 2 đồng phân riêng biệt này không khả thi do thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất của phản phương pháp để cô lập hai sản phẩm này khá ứng này, do thời gian ít các tác chất và chất phức tạp và tốn kém, đồng thời do các phản nền ít có cơ hội phản ứng với nhau và phản ứng tiếp theo khi thực hiện sản phẩm chính ứng chưa hoàn toàn nên hiệu suất thấp. Còn sẽ giống nhau nên chúng tôi không tiến hành thời gian 8h sẽ khá dài và hiệu suất phản ứng cô lập hai sản phẩm trên. Dựa trên phổ 1H- không thay đổi nhiều. Do đó thời gian phản NMR, thông qua tỷ lệ tích phân của 2 mũi H- ứng đạt hiệu suất tốt nhất là 5h olefin ở 5,03ppm và 5.61ppm, cho thấy tỷ lệ Khảo sát vai trò của acid acetic của 2 sản phẩm 2- Với việc khảo sát vai trò của acid acetic cyclohexylideneacetonitrile: 2-(cyclohex-1- trong phản ứng chúng tôi nhận thấy rằng sự en-1-yl)acetonitrile là 1:2. hiện diện của acid acetic không quan trọng Tiếp tục khảo sát các điều kiện như dung môi trong phản ứng này. Do chúng tôi thực hiện (Acetonitrile, chloroform, dichloromethane, phản ứng với lượng nhỏ nên không sử dụng phương pháp chưng cất để thu lấy sản phẩm 37
Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học mà sử dụng phương pháp sắc ký cột để cô lập đề nghị sản phẩm thu được là 2-cyano-2- sản phẩm. Vì vậy sử dụng acid acetic để tạo cyclohexylideneacetic acid. Sản phẩm này muối là không cần thiết chỉ dừng lại ở giai đoạn thủy phân ester mà Với các khảo sát trên nghiên cứu đã chọn chưa qua các giai đoạn thủy phân nitrile và được điều kiện tối ưu cho phản ứng này là tỷ loại carboxyl. lệ giữa cyclohexanone và ethyl cyanoacetate là 1,0:1,5; thời gian thực hiện phản ứng là 5h, có thể không cần acid acetic trong phản ứng. Với các phản ứng còn lại, các phản ứng này cho kết quả không khả quan do các điều kiện ảnh hưởng như phản ứng khó xảy ra do điều Giai đoạn 2 thủy phân và decarboxyl kiện nóng ẩm ở Việt Nam, hóa chất phòng thí Về lý thuyết phản ứng này gồm 3 giai đoạn nghiệm chưa đủ điều kiện để thực hiện phản chính: giai đoạn thủy phân ester thành acid, ứng (phản ứng điều chế ethyl 2-(1- giai đoạn thủy phân nitrile thành amide sau hydroxycyclohexyl)acetate), phản ứng sinh đó thành acid, cuối cùng là giai đoạn loại nhiều sản phẩm phụ cũng như tỷ lệ sản phẩm nhóm CO2 của diacid này. quan sát được trên bản mỏng khá thấp nên Ở giai đoạn này chúng tôi khảo sát các acid không tiếp tục nghiên cứu các hướng này như HCl + CH3COOH, H2SO4 60% đều thu (diethyl 2-cyclohexylidenemalonate và 2- được kết quả tương tự. Sản phẩm là 1 chất cyclohexylidenemalonic acid). phân cực mạnh hơn ethyl 2-cyano-2- cyclohexylideneacetate, hiện UV rõ với Rf= KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 0,3 với hệ dung môi n-hexane: ethyl acetate: Chúng tôi đã khảo sát tổng năm hướng để acid acetic 5:5:0,1. Điều này chứng tỏ phản ứng dụng tổng hợp gabapentin. Tuy nhiên ứng thủy phân có xảy ra. Tuy nhiên khi tiến chúng tôi nhận thấy rằng các phản ứng đã hành xác định cấu trúc và độ tinh khiết bằng thực hiện chỉ có phản ứngđiều chế 2- các phương pháp phân tích như NMR, GC- cyclohexylidieneacetonitrile và phản ứng MS, chúng tôi nhận được kết quả không tạo điều chế ethyl 2-cyano-2- thành sản phẩm mong muốn. cyclohexylideneacetate có khả năng triển Phổ GC-MS cho thấy sản phẩm chưa tinh khai ở quy mô công nghiệp. khiết và sản phẩm được dự đoán không phải Giai đoạn tiếp theo cần khảo sát phản ứng sản phẩm mong muốn. Phổ C-NMR cũng thủy phân và decarboxyl như khảo sát các cho thấy có tín hiệu ở vùng 170 ppm, chứng điều kiênh về thời gian, acid base, xúc tác tỏ có nhóm carbonyl tiếp cách và các tín hiệu của phản ứng để tiếp tục ứng dụng trong quy của vòng cyclohexyl cũng như các carbon trình. Ngoài ra chúng tôi đề nghị khảo sát olefin. Khi so sánh với phổ H-NMR của quy trình của Mettler (Gareth Griffths, Mills LU03, tín hiệu của vòng cyclohexyl vẫn nằm and Previdoli, 1991) tại Việt Nam với các ở đúng vị trí. Với các kết quả trên chúng tôi phản ứng và điều kiện phù hợp với thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO FISHER, R. S. et al. (2014) "ILAE Official Report: A practical clinical definition of epilepsy", Epilepsia, 55(4), pp. 475–482. GARETH GRIFFTHS, H. M., MILLS, L. S. AND PREVIDOLI, F. (1991) "Novel Syntheses of Gabapentin via Addition of Hydrocyanic Acid to Cyclohexylidenemalonate or Cyano (cyclohexy1idene) acetate", Helvetica Chimia Acta, 74, pp. 309–314. LI, J. J. AND JOHNSON, D. S. (2006) The Art of Drug Synthesis. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. 38